Een nieuwe analyse door een team van natuurkundigen biedt een innovatieve manier om 'kosmologische handtekeningen' voor modellen van donkere materie te voorspellen.

Een team van natuurkundigen heeft een methode ontwikkeld om de samenstelling van donkere materie te voorspellen - onzichtbare materie die alleen wordt gedetecteerd door zijn zwaartekracht op gewone materie en waarvan de ontdekking al lang door wetenschappers wordt gezocht.

Zijn werk, dat verschijnt in het tijdschrift Physical Review Letters , richt zich op het voorspellen van "kosmologische handtekeningen" voor modellen van donkere materie met een massa tussen die van het elektron en het proton. Eerdere methoden hadden vergelijkbare handtekeningen voorspeld voor eenvoudigere modellen van donkere materie. Dit onderzoek stelt nieuwe manieren vast om deze handtekeningen te vinden in complexere modellen, waarnaar experimenten blijven zoeken, merken de auteurs van het artikel op.

"Experimenten die naar donkere materie zoeken, zijn niet de enige manier om meer te weten te komen over dit mysterieuze type materie", zegt Cara Giovanetti, een Ph.D. student aan de afdeling Natuurkunde van de New York University en de hoofdauteur van het artikel.

"Precisiemetingen van verschillende parameters van het universum - bijvoorbeeld de hoeveelheid helium in het universum of de temperaturen van verschillende deeltjes in het vroege universum - kunnen ons ook veel leren over donkere materie", voegt Giovanetti toe, die de beschreven methode schetst. in de Fysieke beoordelingsbrieven papier.

In het onderzoek, uitgevoerd met Hongwan Liu, een postdoctoraal onderzoeker aan de NYU, Joshua Ruderman, een universitair hoofddocent aan de afdeling Natuurkunde van de NYU, en de natuurkundige Mariangela Lisanti van Princeton, concentreerden Giovanetti en haar co-auteurs zich op de oerknal-nucleosynthese (BBN) - een proces van welke lichte vormen van materie, zoals helium, waterstof en lithium, ontstaan. De aanwezigheid van onzichtbare donkere materie beïnvloedt hoe elk van deze elementen zich zal vormen. Ook van vitaal belang voor deze verschijnselen is de kosmische microgolfachtergrond (CMB) - elektromagnetische straling, gegenereerd door elektronen en protonen te combineren, die overbleef na de vorming van het universum.

Het team zocht een manier om de aanwezigheid van een specifieke categorie donkere materie op te sporen - die met een massa tussen die van het elektron en het proton - door modellen te maken die rekening houden met zowel BBN als CMB.

"Dergelijke donkere materie kan de abundanties van bepaalde elementen die in het vroege heelal zijn geproduceerd wijzigen en een afdruk achterlaten in de kosmische microgolfachtergrond door te wijzigen hoe snel het universum uitdijt", legt Giovanetti uit.

In zijn onderzoek deed het team voorspellingen van kosmologische handtekeningen die verband houden met de aanwezigheid van bepaalde vormen van donkere materie. Deze handtekeningen zijn het resultaat van donkere materie die de temperatuur van verschillende deeltjes verandert of verandert hoe snel het universum uitdijt.

Hun resultaten toonden aan dat donkere materie die te licht is, zal leiden tot andere hoeveelheden lichte elementen dan wat astrofysische waarnemingen zien.

"Lichtere vormen van donkere materie kunnen ervoor zorgen dat het universum zo snel uitdijt dat deze elementen geen kans krijgen om zich te vormen", zegt Giovanetti, die één scenario schetst.

"We leren van onze analyse dat sommige modellen van donkere materie geen massa kunnen hebben die te klein is, anders zou het universum er anders uitzien dan het universum dat we waarnemen", voegt ze eraan toe. + Verder verkennen

Nieuwe theorie suggereert dat donkere materie nieuwe donkere materie kan creëren uit gewone materie